溫度傳感器

   溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過錯無不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀(jì)初人們開始利用溫度進(jìn)行測量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本實際相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器
   隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，傳感器技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。其中，在傳感器家族中占有重要地位的成員—溫度傳感器的應(yīng)用也深入了各個領(lǐng)域。

一、傳感器定義
   什么叫傳感器？從廣義上講，傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號的裝置：簡單說傳感器是將外界信號轉(zhuǎn)換成為電信號的裝置。所以它由敏感元器件（感知元件）和轉(zhuǎn)換器件兩部分組成，有的半導(dǎo)體敏感元器件可以直接輸出電信號，本身就構(gòu)成傳感器。敏感元器件品種繁多，就其感知外界信息的原理來講，可分為：一、物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。二、化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。三、生物類，基于酶、抗體和激素等分子識別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。下面對常用的熱敏、光敏、氣敏、力敏和磁敏傳感器及其敏感元件介紹如下。

二、溫度傳感器及熱敏元件
   溫度傳感器主要由熱敏元件組成。熱敏元件品種較多，市場上銷售的有雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導(dǎo)體熱敏電阻等。以半導(dǎo)體熱敏電阻為探測元件的溫度傳感器應(yīng)用廣泛，這是因為在元件允許工作調(diào)教范圍內(nèi)，半導(dǎo)體熱敏電阻器具有體積小、靈敏度高、精度高的特點，而且制造工藝簡單、價格低廉。

1.半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理
   按溫度特性熱敏電阻可分為兩類；隨溫度上升電阻增加的為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。

（1）正溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理
   此種熱敏電阻以鈦酸鋇為基本材料，再摻入適量的稀土元素，利用陶瓷工藝高溫?zé)�結(jié)而成。純鈦酸鋇是一種絕緣材料，但摻入適量的稀土元素如鑭和鈮等以后 ，變成了半導(dǎo)體材料，被稱半導(dǎo)體化鈦酸鋇。它是一種多晶體材料，晶粒之間存在著晶粒界面，對于導(dǎo)電電子而言，晶粒間界面相當(dāng)于一個位壘。當(dāng)溫度較低時，由于半導(dǎo)體化鈦酸鋇內(nèi)電場的作用，導(dǎo)電電子可以很容易越過位壘，所以電阻值較小：當(dāng)溫度升高到居里點溫度（即臨界溫度，此元件的“溫度控制點”一般鈦酸鋇的居里點為120℃）時，內(nèi)電廠受到破壞，不能幫助導(dǎo)電電子越過位壘，所以表現(xiàn)為電阻值的急劇增加。因為這種元件具有未達(dá)居里點前電阻隨溫度變化非常緩慢，具有恒溫、調(diào)溫和自動控溫的功能，至發(fā)熱，不發(fā)紅，無明火，不易燃燒，電壓交、直流3~440V均可，使用壽命長，非常適用于電動機(jī)等電器裝置的過熱探測。

（2）負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理
   負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，完全類似于鍺、硅晶體材料，體內(nèi)的栽六子（電子和空穴）數(shù)目少，電阻較高；溫度升高，體內(nèi)載流子數(shù)目增加，自然電阻值降低。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻類型很多，使用區(qū)分低溫（-60~300℃）、中溫（300~600℃）、高溫（＞600℃）三種，有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、壽命長、價格低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于需要定點測溫的溫度自動控制電路，如冰箱、空調(diào)、溫室等的溫控系統(tǒng)。
   熱敏電阻與簡單的放大電路結(jié)合，就可檢測千分之一度的溫度變化，所以和電子儀表組成測溫計，能完成高精度的溫度測量。普通用途熱敏電阻工作溫度為-55℃~+315℃，特殊低溫?zé)崦綦娮璧墓ぷ鳒囟鹊陀?55℃，可達(dá)-273℃。